具有可变增益恒压特性的双线圈无线电能传输系统补偿网络设计与分析

为了实现具有恒压特性的双线圈无线电能传输(WPT)系统中补偿网络的优化设计,该文在变压器T网络模型基础上定义等效耦合系数kr与等效变比n1,为双线圈WPT系统的高阶补偿网络设计与分析提供一种新方法。首先建立变压器T网络等效模型,给出具有恒压特性的串联-串联(S-S)型双线圈WPT系统元件参数表达式。其次结合等效耦合系数与等效变比,提出具有可变增益恒压特性的串联/并联-串联(SP-S)型与串联/并联-串联/并联(SP-PS)型双线圈WPT系统的补偿网络参数确定的新方法。在此基础上,考虑寄生电阻对系统传输特性的直接影响,以WPT系统的电压增益稳定性与传输效率为指标,得出不同等效参数下传输特性表达式,推导出在线圈偏移情况下最佳等效参数kr与n1的表达式,为WPT系统的补偿网络的优化设计提供理论依据。最终通过实物实验验证所提系统的恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。

基于LLC网络补偿的无线电能传输系统研究

无线电能传输技术正逐步广泛应用于多个领域,其中,在传输效率作为无线电能传输技术关键性能指标。针对影响无线电能传输系统效率,通过建立基于LLC补偿网络的系统模型,分析传输特性及品质因数对系统的影响,对系统的工作频率范围和传输效率进行了推导,从而确定了其最佳性能指标,通过仿真验证,LLC串联补偿对改进系统传输效率的可行性。

基于卡尔曼滤波的无线传感器网络信息并行传输延迟补偿算法

为了提升无线传感器网络信息并行传输延迟补偿性能,提出一种基于卡尔曼滤波的无线传感器网络信息并行传输延迟补偿算法。利用时滞误差补偿控制方法均衡控制无线传感器网络信道,以此为基础,采用小波变换将无线传感器网络信息频谱变换到小波域内。在小波域内采用恒虚警概率方法识别信息并行传输过程中的码间干扰小波系数,组建码间干扰小波系数的恒虚警检测器以去除大于检测门限的码间干扰,完成信息并行传输过程中的码间干扰抑制。为了保证数据传输的时效性,采用卡尔曼滤波方法对无线传感器网络信息并行传输延迟展开补偿。仿真结果表明,所提算法的无线传感器网络信息并行传输到达率均值在98%以上,具有良好的传输延迟补偿效果。

无线电能传输零电压开关角跟踪和动态电容补偿矩阵复合控制策略

为了保证动态无线电能传输(DWPT)系统工作于较高的电能传输效率和传输功率,减小由于系统参数变化导致的传输功率和传输效率的下降。该文提出一种零电压开关角(ZVSA)跟踪和动态电容补偿矩阵(DCCM)相结合的无线电能传输系统频率跟踪控制策略。采用电流传感器来获取谐振电流的相位,并利用处理器产生的参考信号来测量谐振电流的相位。微控制根据频率漂移的程度计算补偿电容的大小,粗略地将自然谐振频率调至85 kHz,然后系统自动跟踪谐振电流相位,对谐振频率精确跟踪。该方法通过直接对相位检测电路输出的直流信号进行采样,轻松地获取高频电流的相位,大大降低了对微控制器的占用。该文提出的控制策略和系统结构结合了模拟电路和数字控制的优点,不仅对系统参数变化有高动态响应,而且极大地节省了处理器资源。

基于卡尔曼滤波的无线网络信息并行传输延迟补偿方法

当前,无线网络信息并行传输延迟补偿监测节点多为单向结构,补偿的效率较低,导致补偿协方差增加。基于此,提出了对基于卡尔曼滤波的无线网络信息并行传输延迟补偿方法的设计与验证分析。根据当前的测定需求,先进行网络信息数据分片,采用多目标的方式提升补偿的效率,进行多目标补偿监测节点的部署。以此为基础,设计卡尔曼滤波信息并行传输延迟补偿模型,采用自适应纠正的方式来实现延迟补偿处理。试验表明相比于传统方法,应用该方法后,无线网络的带宽利用率更高,这说明该方法的延迟补偿更有效。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

复杂工况下航空电子通信网络数据传输延时补偿研究

为了解决航空电子通信网络数据在复杂工况下受到环境噪声干扰的影响大以及数据传输延时过大的问题,以复杂工况为背景,研究航空电子通信网络数据传输延时补偿。采用非线性变换算法分析通信网络数据状态,得到影响延时因素的离散性值及线性变化。建立数据传输延时状态模型,分析每个节点实时状态,计算数据传输状态和延时参数,并求解二者间的关系。将数据传输延时问题抽象为先到先服务的排队服务,并计算数据发送、到达速率与延时时间的关系。在此基础上,求解最大时间节点的实时延迟数值,按照延迟优先级顺序实行差值填补,完成数据传输延时补偿。结果表明,所提方法有良好的补偿精度和补偿效果,可降低航空电子通信的延迟时间,实现实时命令接收和消息传递功能,说明所提方法具有一定的实用价值。

电动汽车无线电能传输系统参数优化研究

双边LCC(DS-LCC)拓扑因其具有不依赖负载的恒流输出特性被广泛应用于电动汽车无线电能传输(WPT)系统,但传统对称参数设计方法并未充分利用其设计自由度高等优势,使系统效率难以进一步提升。针对该问题,在不改变系统主要参数前提下,提出了一种非对称参数设计方法以提升系统效率,即通过改变两个补偿电感配比来重新设计补偿参数,并在此基础上进一步优化补偿电容实现了逆变器软开关,确立了最佳效率点的参数配比。最终通过搭建3 kW实验样机验证了系统可行性,实验结果表明优化后的效率最高达到92.7%,且在全功率范围内,比优化前的系统效率提高了1.3%~1.4%。

基于补偿网络优化的无人机无线充电系统

相较于传统有线充电,无线充电对实现UAV自主巡检具有显著优势。该研究提出了一种基于磁耦合谐振原理的高效率UAV无线充电系统。该系统采用LCC-S/P谐振拓扑,并可切换不同的补偿网络以适应阻抗变化;同时,通过设计新型耦合结构来提升能量传输效率。与传统补偿网络相比,该系统在整个充电过程中保持最大效率,并确保载荷平衡和高效传输。经过合理参数设计,搭建的实验样机成功实现了高达68.4 W的充电功率,并达到85.5%的最大充电效率。

水下机器人磁耦合无线电能传输技术研究进展

水下机器人已成为海底设施巡检和海洋环境调查的关键装备,海底无线充电基站是解决机器人原位电能补给的有效方案。概述磁耦合式水下无线电能传输技术的原理,针对电磁耦合器结构、补偿网络拓扑、涡流损耗分析等主要问题,综述水下无线电能传输技术的研究现状,总结海底无线充电基站的国内外应用进展,并展望水下无线电能传输技术在基础理论和应用方面的发展方向。

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。

基于滑模控制的轨道式无线电能传输系统设计

为解决轨道式无线电能传输(WPT)系统动态稳定性较差且效率不高的问题,借助Maxwell仿真软件,分别搭建传统E型和C型铁氧体绕制的接收线圈模型,对比分析发现后者传输效率比前者高5%。通过对基于LCC-S的高阶补偿电路建模分析,利用Matlab绘图找出系统传输效率最优参数。为解决接收端在移动时耦合系数变化造成电压不稳定的问题,提出一种无抖动滑模控制算法,并在Matlab/Simulink分别搭建基于PI控制和滑模控制模型,仿真分析得出滑模控制在耦合系数变化较大时稳压效果优于PI控制,最后搭建WPT系统样机并进行实验。结果表明:当接发线圈相对距离在一定范围内变化时,电压能维持在预设值,并且传输效率不低于81%,进一步验证了本文算法的有效性及可行性。

用于动态无线电能传输的新型线圈结构设计

为改善动态无线电能传输(dynamic wireless power transfer,DWPT)过程中,因发射阵列之间摆放间距过大而产生的输出电压和输出功率的波动问题,提出一种新型发射结构。首先,在BPP(bipolar pad)线圈结构基础上,将主发射(domination transmitter,Dtx)线圈与补偿(compensation,Cx)线圈串联组成一个发射段,并对DWPT系统采用分段控制,以减小损耗;其次,采用解耦电容解耦Dtx线圈与Cx线圈,并分析了系统的电路原理;然后,利用Ansys Maxwell有限元分析软件对耦合结构进行优化设计,并选择最佳的切换位置,以减小功率的波动;最后,搭建实验平台以验证结构的可行性。实验结果表明:新型磁耦合结构输出功率的波动为3.9%,输出电压的波动为2.9%,与改进前的耦合结构相比,输出功率的波动降低了15.8%,输出电压的波动降低了7.6%;在相邻Dtx线圈的过渡区域中,与改进前的耦合结构相比,输出功率提高了33.8%,且系统传输效率稳定在88%左右。所提出的新型发射结构有助于减小移动过程中输出电压和输出功率的波动,可为磁耦合结构的设计与应用提供理论支持。

基于可调增益恒流源补偿网络的磁场耦合无线电能传输LED驱动电路

对于磁场耦合无线电能传输(WPT)系统,由于松耦合变压器漏感较大,补偿技术是实现其能量高效传输的关键。在半导体(LED)照明应用中,WPT LED驱动电路应直接输出LED所需的驱动电流,还应避免无功功率环流,减小器件应力,实现功率器件软开关。针对现有补偿网络的输出电流增益依赖变压器参数,而松耦合变压器存在设计受限的缺点,本文采用二端口网络理论,提出一族恒流源补偿网络,通过调节补偿参数灵活调节输出电流增益,增加变压器设计自由度。最后采用同一电路结构和变压器,分别实现了0.5A、1A和1.5A输出的WPT LED驱动电路,实验结果验证了理论分析的正确性。此外,还对所提出的可调增益补偿网络的特性进行了详细分析。

用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的新型恒流补偿网络

对于磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically coupled resonant wireless power transfer,MCR-WPT)系统,其谐振补偿网络是系统的重要组成部分。该文提出并设计了一种用于恒压输入、恒流输出磁耦合系统的新型补偿网络,该补偿网络不仅可实现电流增益的负载无关性,还具有单位功率因数输入的特性。理论推导出系统传输效率及输出功率的数学模型,并分析其与耦合系数、工作频率、负载电阻之间的相应特性曲线。数值仿真和实验结果表明,新型补偿网络应用于MCR-WPT系统时,可实现系统电流增益的负载无关性,并获得较高整机效率。

基于LCL谐振补偿网络的副边自动切换充电模式无线电能传输系统研究与设计

为满足电池在无线充电过程中所需要的先恒流输出后恒压输出的充电需求,该文从电路本质特性出发,基于LCL谐振补偿网络结构,提出一种通过切换副边的谐振补偿网络参数完成恒流充电模式向恒压充电模式的自动切换方法。所提出的方法可以免去原、副边之间的无线通信,且不需要改变原边的输入电压和频率。该文以谐振补偿网络两个电感比值α=1条件下的LCL型谐振补偿结构为例,对所提出的设计方法进行了分析和验证,搭建了一套实验平台,实现了线圈距离在20cm条件下,输出功率为1k W,效率为92%,恒流输出为5V,恒压输出为205V的WPT系统。实验表明,应用所提方法,能够实现电池在无线充电的过程中先恒流输出后恒压输出的充电需求,且切换过程自动、稳定。

单管无线电能传输系统补偿网络的优化设计

为优化单管无线电能传输系统主电路各元件的参数,降低系统能量损耗,提高系统传输效率及功率因数,讨论了2种不同的次级电路补偿网络。比较了所提单管感应耦合式电能传输(ICPT)系统补偿网络与其他类型ICPT系统补偿网络的异同,分析了次级线圈串联和并联谐振补偿网络的特殊性,以及2种补偿网络下各参数间的关系,阐述了次级电路选择并联补偿网络明显优于串联补偿网络的原理,完成了主电路的参数优化设计。实验表明优化后的单管无线电能传输系统补偿网络可使整个系统具有较高的传输效率和功率因数。

双向无线电能传输系统小体积副边补偿网络参数设计方法

无线电能传输技术是21世纪以来人类最重要的应用科学技术至于,将其应用于电动汽车V2G领域具有重要的研究价值及实用价值。为了实现对于BD-WPT系统的补偿网络参数优化设计的问题,文章首先建立了应用LCC补偿网络的BD-WPT系统集中模型,进一步推导了流经补偿网络元件电流有效值表达式。通过对流经补偿网络元件电流有效值表达式进行分析可知,对于某一传输功率需求P0,若副边补偿电容Cs值越小,则流过副边补偿元件基波电流的有效值越小,且流过原边补偿元件基波电流的有效值越大。副边补偿电容Cs值越小,流过副边补偿元件基波电流有效值越小,均有利于减小副边补偿元件体积。补偿元件体积减小是电动汽车无线充电系统体积控制的重要环节,而平衡系统补偿网络元件承受的电流应力是降低总体元器件体积的前提,因此文章提出了一种以降低元器件承受的电流不平衡应力水平为目的的小体积副边补偿网络参数设计方法,并通过仿真验证了相关理论的正确性。

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

针对无线电能传输(WPT)系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法。该系统将LCC-LCC和串联-串联(S-S)补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构。在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,而且可以实现抗x方向、y方向、z方向以及xy方向线圈同时偏移的性能,还可以避免发射线圈过电流。该文分析所提系统的传输特性,从理论上证明了系统具有良好的抗偏移性能。最后,搭建了一个280W实验平台,验证了理论分析的正确性和可行性。

电磁感应式无线电能传输系统变参数条件下补偿网络研究综述

电磁感应式无线电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)技术是无线电能传输技术中研究起步最早、实用化与商业化进展最快、目前应用范围最广泛的技术路线。然而影响其实用性的一个重要问题是负载及耦合敏感问题,如何提升变耦合或负载条件下ICPT系统的输出稳定性一直是研究的焦点问题。而补偿网络能够降低系统的无功功率,提高系统的能量传输效率与带负载能力,且对补偿网络进行合理的拓扑设计与参数优化设计能够使得系统具备耦合、负载无关等特性,因而对变参数条件下ICPT系统补偿网络的研究能够增强ICPT技术的实用性。文中总结变参数条件下ICPT系统补偿网络相关研究,按照负载无关型、耦合无关型、耦合负载均无关型的分类对其拓扑设计方法与参数优化方法进行归纳与整理总结,并探讨其未来的发展方向。